在PyAudio / FFT

Question

我的目标是编写一个Python程序，该程序记录来自麦克风的声音并连续打印特定频率范围（使用带通滤波器）的音量。

下面是我当前拥有的代码。我花了几个小时搜索有关该主题或代码示例的更多信息，但没有找到任何有用的信息（我能理解）或没有合适的示例代码。不幸的是，我对FFT的了解非常有限。

当前，我有两个问题：

问题1：。带通滤波器不起作用。我将其设置为300Hz..500Hz，但实际上并没有过滤任何内容。作为示例，我添加了一个显示信号主要频率的代码，因此我可以查看滤波器是否正常工作（为了进行测试，我使用频率发生器应用播放声音）。频率检测效果很好，但是信号没有被滤波到300..500Hz。

问题2：如何确定音量？我的想法是使用noiselevel = np.average(fftData)来找出fftData数组中所有频率上的平均音量。但这是行不通的：输出似乎不稳定，对麦克风中播放的大声声音也没有反应。

感谢您的帮助。非常感谢你！

#!/usr/bin/env python3

import pyaudio
import numpy as np
from scipy.signal import butter, sosfilt

def butter_bandpass(lowcut, highcut, fs, order=5):
        nyq = 0.5 * fs
        low = lowcut / nyq
        high = highcut / nyq
        sos = butter(order, [low, high], analog=False, btype='band', output='sos')
        return sos

def butter_bandpass_filter(data, lowcut, highcut, fs, order=5):
        sos = butter_bandpass(lowcut, highcut, fs, order=order)
        y = sosfilt(sos, data)
        return y

CHUNK = 2*4096 # number of data points to read at a time
RATE = 48000 # time resolution of the recording device (Hz)
DEVICE = 0 # default

p = pyaudio.PyAudio()

stream=p.open(format=pyaudio.paInt16,channels=1,rate=RATE,input=True, input_device_index=DEVICE,
              frames_per_buffer=CHUNK)

while True:
    indata = np.fromstring(stream.read(CHUNK),dtype=np.int16)

    # Remove everything except 300Hz..500Hz
    # TODO: does not work
    #indata = butter_bandpass_filter(indata, 300, 500, RATE, order=5)

    # Take the fft and square each value
    fftData=abs(np.fft.rfft(indata))**2

    # TODO: find out volume
    noiselevel = np.average(fftData)
    print("Volume of 300Hz..500Hz: %f" % (noiselevel))

    # JUST FOR TESTING: Find out frequency (to see if band pass works correctly)
    # find the maximum
    which = fftData[1:].argmax() + 1
    # use quadratic interpolation around the max
    if which != len(fftData)-1:
        y0,y1,y2 = np.log(fftData[which-1:which+2:])
        x1 = (y2 - y0) * .5 / (2 * y1 - y2 - y0)
        # find the frequency and output it
        thefreq = (which+x1)*RATE/CHUNK
        print("Frequency: %f Hz." % (thefreq))
    else:
        thefreq = which*RATE/CHUNK
        print("Frequency: %f Hz." % (thefreq))
    # END <JUST FOR TESTING>

stream.close()
p.terminate()

更新：这是我的第二次尝试，没有过滤器：

while True:
    indata = np.fromstring(stream.read(CHUNK),dtype=np.int16)

    # Get volume of 440 Hz

    fftData=np.fft.rfft(indata)
    freqs = np.fft.rfftfreq(fftData.size)

    idx = (np.abs(freqs-440)).argmin()

    volume = np.abs(fftData[idx]) # does not work
    print(volume)